近年来随着国家加大对基础建设的支持，各地的地铁项目越来越多。但在隧道掘进时，容易发生如涌水、涌沙等突发事件。因此对涌水区域的探测及圈定有着重要的实际意义。
由于属于突发状况，现场情况比较复杂，各种电磁干扰及人为干扰使得物探勘察工作难以取得比较理想的施测环境。并且城市物探一直是物探中的难题，因此如何克服周边各种强干扰，取得理想的勘察效果，为事故处理提供可靠的参考资料，是需要解决的关键问题。
1 方法选择
某地铁在隧道掘进时突发隧道漏水事件，现场地表漏水影响面积约为 30×50m2，能观察到地表有一定程度的下陷，物探的任务是查明地下涌水区的深度、范围等情况。
在经过了现场勘查和一些实验后，首先排除了以瞬变电磁、大地电磁、地质雷达为代表的交变电磁方法，因为事故区域铺设了许多为事故处理工作提供电力的工业交流电缆，其所产生的交变电磁场，严重影响交变电磁方法的探测效果。
随后进行了弹性波法方面的试验，但由于现场振动干扰太大，且地下情况复杂，现场不停的进行抽水及注浆处理，导致弹性波法难以明显的反映出尚未完全发育成空洞或松散区域的塌陷区范围。同时弹性波法的地震映像仅能圈定平面位置而不能确定空间位置，因此难以解决目前的问题。
直流电法是基于稳定的一次电流场，其抗电磁干扰的能力较强。首先试验了常用且灵活性较强的对称四极电测深法。但试验发现现场接地电阻较大，四极电测深法难以提供较高的供电电压，压制游散电流干扰的能力较弱，数据质量难以保证。
而试验发现大功率直流高密度电法，由于其使用大功率发电机供电，供电电压较高，能有效克服周围干扰，保证数据质量；且测量电极一次铺设完成，工作效率高，测量所得的数据点密度大，能满足所需的分辨率。最后确定选用大功率直流高密度电法开展探测工作。
本文通过采用大功率直流高密度电法对涌水区的成功探测实例，探讨了高密度电法对地铁隧道涌水形成的塌陷区的野外施测参数、资料解释原则、涌水区电阻率分布特点，验证其实际应用效果，为类似情况的工程勘察提供了值得借鉴的思路和参考资料。
2 方法原理
2.1 高密度电法原理
高密度电法与常规直流电阻率法的理论原理相同，通过研究地下大量丰富的空间电性特征，从而查明和研究有关地质问题的一组直流电法勘探方法。即对均匀各向同性半无限空间，若恒稳点电源的电流强度为 I，在距离电源为 R 的地面 P 点处的电位为 U
P，那么视电阻率ρ
s为
在非均匀介质中，电位Up由Poisson积分给出：
式中：J 为电流密度；ρ为介质的真实电阻率值；等式右侧的二项分别对应于一次场和二次场，这个式子表示我们的最终目的即是如何根据 UP来求得真实电阻率值ρ，即反演的过程。
高密度电法是以地下被探测目标体与周围介质之间的电性差异为基础的一种阵列勘探方法。野外测量时只需将全部电极布设在一定间隔的测点上，然后选择合适的装置类型和电极距，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪，便可实现数据的自动快速采集。将测量结果输入计算机后，再配上相应的数据处理、成图和解释软件，通过对实测数据进行处理，便可给出地下地电断面不同深度各地层的物理解释。
2.2 高密度电法装置选择
高密度电法本质上就是电阻率法的一种特殊形式，所以测量结果与所选用的电极装置密切相关。高密度电法的野外工作装置形式较多，工作装置的选择也是一个难题，通常使用的工作装置有二极、三极、偶极、温纳、施伦贝格等。
首先由于场地狭长（既有线中部约为 50×300m2的区域）的局限性，无法布设无穷远极。并且在城市及工矿区，采用大测量电极距的电位装置往往会遭遇到强大的游散电流干扰，使二极、三极这类装置探测分辨率降低。
偶极装置的探测分辨率则很高，但过高的分辨率导致围岩的不均匀性和反演过程的微小“扰动”都会对最终结果形成干扰，出现“零乱”假异常的情况，因此对于这种地下情况较为复杂，高低阻不均匀的情况并不适合。
温纳装置由于只适合较浅的工程勘察和探测目标体几何尺寸与埋深比较大的情况，当该比例接近甚至小于 1:4 时，温纳装置就已经难以对其进行有效探测。并且由于本次物探工作使用的高密度电法仪 SuperSting R8 是由美国 AGI 公司出品的一部灵敏度高、自动化程度高的适合用于 8 通道的地电阻率成像仪。而温纳装置属于等比装置（AM=MN=NB），不能发挥仪器 8 通道采集的优势，导致工作效率大大降低。
最终决定采用反向施伦贝格装置（MABN），它既能提供足够的分辨率，也能适应现场情况，并且能够发挥仪器 8通道采集的优势，是此次探测比较理想的方法。
3 取得的成果
由于事故区域较为狭长，最终决定沿着漏水事故中心区的两侧及中心区共布设四条测线。由西至东分别是 DP-II、DP-IV、DP-I、DP-III 测线。由于测线下部有一条深约 10m的地道穿过，因此分析成果时需要排除它的干扰。
本次探测所选取的电极距为 2m，在注浆过程中施测的剖面电极数为 120 根，在注浆后施测的剖面电极数为 100 根。成果图中电阻率色标由白到黑，对应的电阻率值由小到大。由于事故区域 10m 以上多为建筑地基或回填土，因此电阻率值较高；地下 10m 以下地层以淤泥质土壤为主，电阻率值普遍较低。
3.1 典型成果 1：DP-II 测线
该测线为沿着事故区域一侧的测线，根据电阻率剖面图能够直观的划定出受漏水事件影响的扰动区域范围（见图1）。两剖面从横向上可以划分出原状地层、扰动地层、原状地层。两次勘测结果对比来看，电阻率分布的总体趋势未变，地道及其高阻表现的桩基位置在两图也吻合；对于中部的扰动地层区域，可以看到注浆后的施测成果中高低阻差异在逐渐减少，推断注浆取得一定效果，使地层往均一化发展。由于此区域属于淤泥质地层，又受到漏水事件影响，导致地层含水量较高，使得注浆凝固较慢。因此注浆后也并未立即使得整体电阻率得到很明显的上升。
3.2 典型成果 2：DP-III 测线
该测线为沿着事故区域另一侧的测线，根据电阻率剖面图能够直观的划定出受漏水事件影响的扰动区域范围（见图2）。两剖面从横向上可以划分出原状地层、扰动地层、原状地层。两次勘测结果对比来看，电阻率分布的总体趋势未变，某地道及其高阻表现的桩基位置两图也吻合；对于中部的扰动地层区域，可以看到左侧洞身附近电阻率明显高于右侧洞身，推断右侧洞身受漏水影响较大。并且右侧洞身附近在刚开始注浆时，存在较为明显的低阻闭合圈，注浆后的施测成果中电阻率差异变小，高低阻异常减少并且高阻范围在扩大，推断注浆取得一定效果。
4 结论及建议
（1）依据事故区域地质情况、现场条件及初步试验结果，综合分析多种物探方法适用性。选择大功率高密度电法对施工漏水区进行探测，及时准确的圈定了漏水影响区域范围及空间位置并及时指导注浆，防范坍塌范围的扩大；通过注浆前后成果的对比，及时检验了注浆加固的效果，注浆止水效果良好。在快速应对处置涌水中起到了重要的作用。
（2）由于场地中工业交流电产生较强的交变电磁场干扰，对以交变电流为理论基础的交变电磁法产生极大的影响，而直流电法是基于稳定的一次电流场，抗电磁干扰的能力较强，并且大功率高密度电法在分辨率、工作效率及数据质量等方面都能达到较高的水平，第一时间为事故处理提供详实可靠的成果。
（3）高密度电法有成本低、效率高，数据密度大且能较直观、有效、准确的反映地质电性断面等优点。利用电阻率成像技术可以重构地下介质的精确结构，获得地下介质清晰的电阻率图像，为高精度的探测提供了可靠的保证。
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